Illustrazione CRISPR. Credito:National Institutes of Health
Il sistema di attivazione genica multiplex consente da quattro a sei volte la capacità di attivazione dell'attuale tecnologia CRISPR, con l'attivazione simultanea di un massimo di sette geni contemporaneamente.
In una nuova ricerca pubblicata su Nature Plants , Yiping Qi, professore associato di Scienza delle piante presso l'Università del Maryland (UMD), introduce un nuovo e migliorato sistema CRISPR 3.0 nelle piante, incentrato sull'attivazione genica invece che sull'editing genetico tradizionale. Questo sistema CRISPR di terza generazione si concentra sull'attivazione genica multiplex, il che significa che può potenziare la funzione di più geni contemporaneamente.
Secondo i ricercatori, questo sistema vanta da quattro a sei volte la capacità di attivazione dell'attuale tecnologia CRISPR all'avanguardia, dimostrando un'elevata precisione ed efficienza fino a sette geni contemporaneamente. Sebbene CRISPR sia più spesso noto per le sue capacità di modifica dei geni che possono eliminare i geni indesiderati, l'attivazione dei geni per ottenere funzionalità è essenziale per creare piante e colture migliori per il futuro.
"Mentre il mio laboratorio ha già prodotto sistemi per l'editing genetico simultaneo [modifica multiplato], l'editing riguarda principalmente la generazione della perdita di funzione per migliorare il raccolto", spiega Qi. “Ma se ci pensi, quella strategia è finita, perché non ci sono infiniti geni che puoi disattivare e in realtà ottenere comunque qualcosa di prezioso. Logicamente, è un modo molto limitato per progettare e allevare tratti migliori, mentre la pianta potrebbe essersi già evoluta per avere percorsi, meccanismi di difesa e tratti diversi che hanno solo bisogno di una spinta. Attraverso l'attivazione, puoi davvero migliorare i percorsi o migliorare la capacità esistente, persino ottenere una nuova funzione. Invece di chiudere le cose, puoi sfruttare le funzionalità già presenti nel genoma e migliorare ciò che sai essere utile."
Nel suo nuovo articolo, Qi e il suo team hanno convalidato il sistema CRISPR 3.0 in riso, pomodori e Arabidopsis (le specie di piante modello più popolari, comunemente note come crescione). Il team ha dimostrato che è possibile attivare contemporaneamente molti tipi di geni, inclusa una fioritura più rapida per accelerare il processo di riproduzione. Ma questo è solo uno dei tanti vantaggi dell'attivazione multiplex, afferma Qi.
“Avere un processo molto più snello per l'attivazione multiplex può fornire scoperte significative. Ad esempio, non vediamo l'ora di utilizzare questa tecnologia per schermare il genoma in modo più efficace ed efficiente per i geni che possono aiutare nella lotta contro il cambiamento climatico e la fame nel mondo. Siamo in grado di progettare, personalizzare e monitorare l'attivazione genica con questo nuovo sistema su scala più ampia per lo screening di geni importanti, e questo sarà molto utile per la scoperta e la scienza traslazionale nelle piante".
Poiché CRISPR è solitamente considerato come "forbici molecolari" in grado di tagliare il DNA, questo sistema di attivazione utilizza CRISPR-Cas9 disattivato che può solo legarsi. Senza la capacità di tagliare, il sistema può concentrarsi sul reclutamento di proteine di attivazione per specifici geni di interesse legandosi invece a determinati segmenti di DNA. Qi ha anche testato la sua variante SpRY di CRISPR-Cas9 che amplia notevolmente la portata di ciò che può essere mirato all'attivazione, nonché una forma disattivata del suo recente sistema CRISPR-Cas12b per mostrare versatilità tra i sistemi CRISPR. Questo mostra il grande potenziale di espansione per l'attivazione multiplex, che può cambiare il modo in cui funziona l'ingegneria del genoma.
"Le persone parlano sempre di come le persone hanno il potenziale se puoi coltivare e promuovere i loro talenti naturali", afferma Qi. “Questa tecnologia è entusiasmante per me perché stiamo promuovendo la stessa cosa nelle piante:come puoi promuovere il loro potenziale per aiutare le piante a fare di più con le loro capacità naturali? Questo è ciò che può fare l'attivazione del gene multiplex e ci offre così tante nuove opportunità per la riproduzione e il miglioramento delle colture".
Riferimento:"CRISPR–Act3.0 per l'attivazione genica multiplex altamente efficiente nelle piante" di Changtian Pan, Xincheng Wu, Kasey Markel, Aimee A. Malzahn, Neil Kundagrami, Simon Sretenovic, Yingxiao Zhang, Yanhao Cheng, Patrick M. Shih e Yiping Qi, 24 giugno 2021, Piante naturali .
DOI:10.1038/s41477-021-00953-7
Questo lavoro è finanziato dal Fondazione nazionale per la scienza , Premio n. 1758745 e n. 2029889.
